本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的變壓器測溫裝置的自動檢定，具體地講是壓力式溫度計(jì)智能檢定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，壓力式溫度計(jì)又稱為溫控儀，不僅用于測量變壓器的溫度，還關(guān)系著變壓器冷卻器自啟動、強(qiáng)油循環(huán)變壓器冷卻器全停保護(hù)、溫高報(bào)警等功能，其運(yùn)行可靠性和測量精確度直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。壓力式溫度計(jì)的運(yùn)行可靠性、測量精確度與其檢定工作有密切聯(lián)系。目前，壓力式溫度計(jì)的檢定一般采用全人工檢定方法，檢定過程繁瑣、工作量大、安全責(zé)任重，需要2名專業(yè)人員不間斷工作8小時(shí)才能完成單臺壓力式溫度計(jì)的檢定工作。近年來隨著電網(wǎng)高速發(fā)展，變電站數(shù)量急劇增加，壓力式溫度計(jì)的數(shù)量也呈幾何增長，致使人員緊缺和工作量大之間的矛盾日益突出。同時(shí)，傳統(tǒng)檢定方法存在由于人工估讀而無法保證數(shù)據(jù)精度的問題，可能會出現(xiàn)較大的檢定誤差，影響測量精確度。此外，在校驗(yàn)過程中當(dāng)溫度升高到100-150℃時(shí)，校驗(yàn)介質(zhì)（變壓器油）會揮發(fā)出大量對人體有害的致癌氣體，對試驗(yàn)人員的身心健康造成極大危害。因此，傳統(tǒng)的壓力式溫度計(jì)檢定方法已無法滿足目前的工作需要。中國實(shí)用新型專利ZL201220355017.5公布了一種壓力式溫度計(jì)全自動檢定系統(tǒng)，提供了壓力式溫度計(jì)的一種全自動檢定方案。但是，該系統(tǒng)不能同時(shí)對多臺壓力式溫度計(jì)進(jìn)行檢定，檢定工作效率不高；并且在檢定過程中，對電接點(diǎn)檢定和變送信號檢定的步驟仍然需要人工干預(yù)，智能化程度仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種壓力式溫度計(jì)智能檢定系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)對多臺壓力式溫度計(jì)進(jìn)行智能化檢定，同時(shí)還能對繞組溫度計(jì)進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)。在檢定過程中不需要進(jìn)行人工干預(yù)，以提高檢定工作效率，節(jié)省人力，避免對試驗(yàn)人員的身心健康造成損害。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種壓力式溫度計(jì)智能檢定系統(tǒng)，包括機(jī)械部分、控制部分、恒溫油槽和攝像頭。機(jī)械部分包括基礎(chǔ)平臺、機(jī)械臂和傳動機(jī)構(gòu)；基礎(chǔ)平臺包括垂直固定于底座1上的用于掛放一臺以上待檢定壓力式溫度計(jì)的平面掛架2；機(jī)械臂包括主梁X3、固定于主梁X3的支撐梁Y1、Y2以及固定在支撐梁Y1、Y2上的直線滑軌X1、X2，直線滑軌X1、X2呈水平且平行于平面掛架2的掛放平面；機(jī)械臂通過固定在支撐梁Y1、Y2上的滑塊Z12以及穿過滑塊Z12的滑動導(dǎo)桿Z1、Z2、Z3、Z4連接到平面掛架2上；傳動機(jī)構(gòu)包括安裝在直線滑軌X1、X2上的橫向運(yùn)動伺服電機(jī)X11、X21和滑動云臺S1、S2，還包括上下運(yùn)動伺服電機(jī)Z01和滾珠絲桿Z0，橫向運(yùn)動伺服電機(jī)X11、X21通過同步帶連接到滑動云臺S1、S2，上下運(yùn)動伺服電機(jī)Z01通過聯(lián)軸節(jié)連接到滾珠絲桿Z0，滾珠絲桿螺母通過連接板Z02固定在主梁X3上?？刂撇糠职ㄖ骺赜?jì)算機(jī)、運(yùn)動控制單元MCU、操作單元OPU、數(shù)據(jù)站單元DSU和一個(gè)以上數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)動控制單元連接到主控計(jì)算機(jī)和橫向運(yùn)動伺服電機(jī)X11、X21及上下運(yùn)動伺服電機(jī)Z01的控制端，操作單元連接到主控計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)站單元連接到主控計(jì)算機(jī)，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡一端連接到數(shù)據(jù)站單元，另一端連接到一臺待檢測的壓力式溫度計(jì)。其中，運(yùn)動控制單元的構(gòu)造如下：包括伺服控制板和運(yùn)動控制卡，伺服控制板通過光耦合器連接到運(yùn)動控制卡，運(yùn)動控制卡連接到主控計(jì)算機(jī)；伺服控制板還通過光耦合器連接到橫向運(yùn)動伺服電機(jī)X11、X21以及上下運(yùn)動伺服電機(jī)Z01的控制端。恒溫油槽的控制端連接到數(shù)據(jù)站單元，待檢定壓力式溫度計(jì)的感溫包放置在恒溫油槽中。攝像頭固定在滑動云臺S1、S2且連接到主控計(jì)算機(jī)，攝像頭鏡頭正對待檢定壓力式溫度計(jì)。為了對繞組溫度計(jì)進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)，還設(shè)置了電流源，電流源的控制端連接到數(shù)據(jù)站單元。針對上述智能檢定系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種自動控制方法，具體步驟如下：步驟1、自動尋表：移動攝像頭，自動識別和判斷平面掛架上各表位位置是否掛置有待檢測壓力式溫度計(jì)，并記錄表位狀態(tài)；步驟2、自動對表：移動攝像頭，依次對準(zhǔn)已掛置的待檢測壓力式溫度計(jì)的表盤中心，并記錄坐標(biāo)位置；步驟3、讀取配置信息：從配置文件中讀取數(shù)據(jù)，設(shè)置本次檢定的量程、基本刻度點(diǎn)，選定遠(yuǎn)傳信號的類型；步驟4、自動檢測：發(fā)送控制指令到恒溫油槽，使油槽溫度從量程設(shè)定的最低溫度逐漸升溫至量程設(shè)定的最高溫度；在升溫期間，采集和記錄各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)，具體有：實(shí)時(shí)采集和記錄恒溫油槽的溫度值；移動攝像頭，依次采集各表位上待檢測壓力式溫度計(jì)的表盤圖像，自動識別和記錄指針指示；通過采集卡實(shí)時(shí)采集遠(yuǎn)傳信號值并記錄；實(shí)時(shí)采集和記錄接點(diǎn)動作值；發(fā)送控制指令到恒溫油槽，使油槽溫度從量程設(shè)定的最高溫度逐漸降溫至量程設(shè)定的最低溫度；在降溫期間，采集和記錄各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)，具體有：實(shí)時(shí)采集和記錄恒溫油槽的溫度值；移動攝像頭，依次采集各表位上待檢測壓力式溫度計(jì)的表盤圖像，自動識別和記錄指針指示；通過采集卡實(shí)時(shí)采集遠(yuǎn)傳信號值并記錄；實(shí)時(shí)采集和記錄接點(diǎn)動作值；步驟5、數(shù)據(jù)分析處理：分析數(shù)據(jù)，針對每一臺壓力式溫度計(jì)填寫基本誤差表、接點(diǎn)整定表，繪制溫升曲線圖，生成檢定報(bào)告。壓力式溫度計(jì)的檢定主要包括基本刻度點(diǎn)、遠(yuǎn)傳信號值和接點(diǎn)動作值檢定。針對基本刻度點(diǎn)采用圖像識別技術(shù)來自動識別刻度盤指針指示，針對遠(yuǎn)傳信號值通過實(shí)時(shí)采集電流或電阻信號，針對接點(diǎn)動作值則是采用實(shí)時(shí)采集接點(diǎn)狀態(tài)的方法來實(shí)現(xiàn)檢定。首先在基礎(chǔ)平臺掛放一臺以上的待檢定壓力式溫度計(jì)，主控計(jì)算機(jī)依照檢測程序，發(fā)出控制指令使恒溫油槽緩慢升溫或降溫，在此期間，主控計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動控制單元控制傳動機(jī)構(gòu)，帶動機(jī)械臂上下移動和滑動云臺橫向移動，使固定在滑動云臺上的攝像頭自動采集壓力式溫度計(jì)的表盤圖像。表盤圖像輸入到主控計(jì)算機(jī)后，利用圖像識別技術(shù)，自動識別出刻度盤指針指示。主控計(jì)算機(jī)同時(shí)控制數(shù)據(jù)站單元通過數(shù)據(jù)采集卡采集壓力式溫度計(jì)開關(guān)接點(diǎn)動作值、遠(yuǎn)傳信號中的電流信號或電阻信號等。為進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比較，數(shù)據(jù)站單元還需要實(shí)時(shí)采集恒溫油槽的溫度。針對繞組式溫度計(jì)的熱模擬試驗(yàn)，數(shù)據(jù)站單元還采集電流源數(shù)據(jù)。主控計(jì)算機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)壓力式溫度計(jì)的自動檢定。本發(fā)明取得的技術(shù)效果是：實(shí)現(xiàn)了對多臺壓力式溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行無人值守的智能檢定，極大地提高了工作效率，節(jié)省了人力。原人工檢定需要兩個(gè)試驗(yàn)人員持續(xù)工作8小時(shí)才能檢定一臺壓力式溫度計(jì)，采用本發(fā)明，只需4小時(shí)即可檢定多臺壓力式溫度計(jì)。試驗(yàn)人員只需掛置好待檢測的壓力式溫度計(jì)，連接好所需線路，啟動檢定程序即可。在檢定過程中不需人工干預(yù)，避免了檢驗(yàn)介質(zhì)油在高溫時(shí)揮發(fā)的氣體對試驗(yàn)人員身心健康造成的傷害。應(yīng)用圖像識別技術(shù)自動識別刻度盤指針指示，也避免了傳統(tǒng)人工檢定由于人工估讀而無法保證數(shù)據(jù)精度的問題，提高了測量精確度。本發(fā)明還能對繞組溫度計(jì)進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)，增加了實(shí)際的應(yīng)用范圍。附圖說明圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為基礎(chǔ)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為機(jī)械臂和傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為控制部分的原理圖。圖5為自動檢定流程圖。圖6是系統(tǒng)輸出的基本誤差表。圖7是系統(tǒng)輸出的接點(diǎn)整定表。圖8是系統(tǒng)繪制的溫升曲線圖。具體實(shí)施方式基礎(chǔ)平臺如圖2所示，采用金字塔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠牢固、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)勢。為了保證剛性要求，材料采用鋁型材，牌號為6063的高強(qiáng)度鋁合金?；A(chǔ)平臺單面可同時(shí)掛置、校驗(yàn)4臺溫控儀，約1520mm；高度的設(shè)計(jì)依據(jù)試驗(yàn)人員的平均身高，按照1600mm設(shè)計(jì)，同時(shí)安裝溫控儀時(shí)需要將機(jī)械臂升高以避免碰壞攝像頭，故總高為2000mm；寬度設(shè)計(jì)依據(jù)內(nèi)部走線、以及平衡錘的直徑確定，為1000mm。基礎(chǔ)平臺上下采用開放式結(jié)構(gòu)，方便驅(qū)動器、強(qiáng)電及弱電部分等設(shè)備散熱。組裝平面掛架的鋁合金材采用燕尾槽設(shè)計(jì)，組裝方便、調(diào)節(jié)靈活、便于緊固，結(jié)合二級結(jié)構(gòu)件的組合，方便不同類型設(shè)備的安裝、應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的掛架具有安裝穩(wěn)固、裝拆速度快，二次接線安全性高等優(yōu)勢，能夠滿足不同類型溫度計(jì)的安裝要求。機(jī)械臂和傳動機(jī)構(gòu)如圖3所示，機(jī)械臂的動作形態(tài)為直角坐標(biāo)型，可以在三個(gè)互相垂直的方向上作直線伸縮運(yùn)動，機(jī)械臂三個(gè)方向的運(yùn)動是獨(dú)立的，計(jì)算和控制比較方便。機(jī)械臂采用龍門結(jié)構(gòu)，方便溫度計(jì)的安裝同時(shí)便于攝像頭定焦。機(jī)械臂的寬度依據(jù)是攝像頭的焦距。本系統(tǒng)的自由度數(shù)為3，分別為沿X1、X2、Z0的三個(gè)獨(dú)立方向，即沿滑軌X1和X2的左右運(yùn)動和沿滾珠絲桿Z0的上下運(yùn)動。工作臺兩面各有4臺溫度計(jì)，X1、X2滑軌上的伺服電機(jī)用同步帶分別連接到移動云臺S1、S2，帶動攝像頭進(jìn)行橫向掃描，每隔5秒掃描一次。當(dāng)裝配溫度計(jì)時(shí)需要將機(jī)械臂移動到頂部，裝配完畢后，向下移動機(jī)械臂到溫度計(jì)盤面的圓心位置停下。傳動機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的勻速單方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為垂直方向的直線升降運(yùn)動和水平方向的左右平移運(yùn)動。垂直方向的直線升降運(yùn)動采用滾珠絲桿傳動，絲桿轉(zhuǎn)動把旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動改變?yōu)橹本€運(yùn)動，用于距離較短的高精度定位，電機(jī)和滾珠絲桿只用聯(lián)軸節(jié)連接，沒有間隙。采用滾珠絲桿主要有以下考慮：1、高精度的保證，智能檢定系統(tǒng)對精度要求高，達(dá)到0.2級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工校驗(yàn)的精度，系統(tǒng)采用的滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的。2、微進(jìn)給的保證，本系統(tǒng)采用的滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。如圖4，主控計(jì)算機(jī)由工控主板構(gòu)成。運(yùn)動控制單元MCU主要包括運(yùn)動控制卡和伺服控制板，其中運(yùn)動控制卡采用DMC1380，DMC1380是專為運(yùn)動控制芯片設(shè)計(jì)的PCI總線脈沖式運(yùn)動控制卡，可針對本系統(tǒng)的三個(gè)交流伺服電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)位運(yùn)動控制。DMC1380卡內(nèi)含脈沖和方向接口，其位置指令可用單路脈沖（脈沖+方向）或雙路脈沖（CW+CCW脈沖）方式輸出，可以是差分式輸出電路也可以是單端式輸出電路。本系統(tǒng)選用雙路方式、差分式輸出電路。另外，除了通用輸入輸出信號接口外，DMC1380還包括原點(diǎn)、限位、減速等專用信號接口，具有即插即用、編程簡易、穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，滿足本系統(tǒng)的控制要求。操作單元OPU主要包括人機(jī)交互面板和第二電子手輪，共同實(shí)現(xiàn)與主控計(jì)算機(jī)和運(yùn)動控制單元的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)站單元DSU負(fù)責(zé)一般數(shù)據(jù)的收集，包括三部分的數(shù)據(jù)：1、壓力式溫度計(jì)開關(guān)接點(diǎn)動作值，還包括遠(yuǎn)傳信號值的電流信號或電阻信號，這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集；2、恒溫油槽的實(shí)時(shí)溫度；3、電流源的電流值。攝像頭通過USB接口連接到工控主板，由工控主板直接進(jìn)行圖像的采集以及處理。電源是保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動力，本系統(tǒng)通過第一變壓器分別為恒溫油槽FLUKE-7320、控制部分、電流源提供220V電壓；同時(shí)為壓力式溫度計(jì)提供24V工作電源。第二變壓器是隔離變壓器，為三個(gè)電機(jī)提供220V電壓，使用隔離變壓器是為了更好的電氣絕緣同時(shí)濾除電壓中的諧波等，為電機(jī)提供更加穩(wěn)定的電壓。如圖5所示，具體檢定過程為：在基礎(chǔ)平臺掛放一臺以上的待檢定壓力式溫度計(jì)，在程序的控制下，首先進(jìn)行自動尋表，即通過運(yùn)動控制單元控制傳動機(jī)構(gòu)，帶動機(jī)械臂上下移動和滑動云臺橫向移動，使固定在滑動云臺上的攝像頭自動搜索平面掛架上的各個(gè)表位，將圖像傳給主控計(jì)算機(jī)，判斷各表位上是否掛置了待檢測的壓力式溫度計(jì)，記錄表位狀態(tài)。其次進(jìn)行自動對表，同樣是通過運(yùn)動控制單元控制傳動機(jī)構(gòu)，帶動機(jī)械臂上下移動和滑動云臺橫向移動，使固定在滑動云臺上的攝像頭依次對準(zhǔn)到已掛置待檢測的壓力式溫度計(jì)的表盤中心，記錄下坐標(biāo)位置。然后讀取配置信息，主控計(jì)算機(jī)從配置文件中讀出本次檢測的設(shè)置信息，包括量程、基本刻度點(diǎn)和遠(yuǎn)傳信號的類型等。之后進(jìn)入檢測階段。先進(jìn)行正程檢測，即由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令到恒溫油槽，使油槽溫度從量程所設(shè)定的最低溫度逐漸升溫到量程所設(shè)定的最高溫度。在油槽升溫過程中，運(yùn)動控制單元控制傳動機(jī)構(gòu)，每隔5秒即移動攝像頭，按先前記錄的坐標(biāo)位置，依次對準(zhǔn)到所有待檢測的壓力式溫度計(jì)的表盤，采集壓力式溫度計(jì)的表盤圖像。對于尋表過程中記錄到的未掛置壓力式溫度計(jì)的表位，則跳過不采集。采集到的表盤圖像輸入到主控計(jì)算機(jī)后，利用圖像識別技術(shù)，主控計(jì)算機(jī)自動識別和記錄刻度盤指針指示。在油槽升溫過程中，數(shù)據(jù)站單元實(shí)時(shí)采集和記錄油槽的溫度，并且通過采集卡實(shí)時(shí)采集和記錄遠(yuǎn)傳信號值，實(shí)時(shí)采集和記錄接點(diǎn)動作值。然后進(jìn)行逆程檢測，即由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令到恒溫油槽，使油槽溫度從量程所設(shè)定的最高溫度逐漸降溫到量程所設(shè)定的最低溫度。逆程檢測期間，采集和記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與正程檢測期間一樣。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，針對每一臺壓力式溫度計(jì)填寫基本誤差表、接點(diǎn)整定表，繪制溫升曲線圖，生成檢定報(bào)告。針對繞組溫度計(jì)的檢定，智能檢定系統(tǒng)還可以在完成上述檢定的過程中同時(shí)進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)，具體方法為：主控計(jì)算機(jī)根據(jù)額定變壓器容量、電壓等級計(jì)算額定互感器CT電流，再根據(jù)內(nèi)置的溫升曲線查表得出額定銅油溫差下的加熱電流。從而自動控制電流源輸出額定互感器CT電流，經(jīng)繞組溫控儀的匹配器后輸出加熱電流，模擬銅油溫差。系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下：1、基本規(guī)格：最大同時(shí)校驗(yàn)溫控儀數(shù)量：8塊，2個(gè)型號（分兩面安裝）；溫控儀安裝方式：垂直安裝；恒溫油槽數(shù)量：2（標(biāo)配型號FLUKE-7320）；溫控儀遠(yuǎn)傳信號測量精度：0.2%；溫控儀遠(yuǎn)傳信號測量非線性：≤0.2%；溫控儀開關(guān)接點(diǎn)采樣時(shí)間：500ms；溫控儀度盤指針位置最小分辨率：0.5o。2、機(jī)械規(guī)格：整機(jī)重量：460kg（不含恒溫油槽）；整機(jī)尺寸：2100×1000×2150mm（長×寬×高）；機(jī)械臂行程：X1，X2軸1350mm；Z軸450mm；機(jī)械臂負(fù)重：≤1.5kg；攝像頭移動速度：X軸300mm/s(max)；Z軸200mm/s(max)。3、電氣規(guī)格：工作電壓：三相AC380V/50Hz；最大消耗功率：3KW。